DISEÑO DE EJE CONTRA FALLA ESTATICA

OBJETIVO: realizar simulaciones estáticas y de fatiga sobre un eje, y comparar los resultados con los obtenidos mediante procedimientos y formulas analíticas.

Recomendación: Ver documento maximizado y con zoom 220%

Esfuerzo axial por fuerza axial uniforme

Diámetro de pieza=25,4 mm (1 pulg)

Longitud de pieza=100 mm (10 cm)

Material de la pieza= acero aisi 1020, Limite elástico=351,57 MPa

Carga axial=10 kN (10000 N)

Formula analítica

Esfuerzo axial=F/A

A=π*(d^2)/4=3,14*(0,0254^2)/4=0,00045 m2

Esfuerzo axial=10000 N/0,00045 m2=22104853,21 N/ m2

Esfuerzo axial=22,1 MPa

Factor de seguridad=Limite elástico/Esfuerzo axial=351,57 MPa/22,1 MPa=15,9

Simulación

Seleccionar material: Aisi 1020 (en icono de pieza hacer clic derecho)

Definir condiciones de frontera o restricciones: Fija

Definir carga: Fuerza 10000 N

Crear malla: Se puede obviar ya que se crea automáticamente al simular el problema

Ejecutar y ver resultados

Esfuerzo axial=23,869 Mpa

Factor de seguridad mínimo=14,73

Resultados con malla más fina

Esfuerzo=30 Mpa, Factor=11,35

Generar reporte

Esfuerzo axial por momento flector:

Diámetro de pieza=25,4 mm (1 pulg)

Longitud de pieza=100 mm (10 cm)

Material de la pieza= acero aisi 1020, Limite elástico=351,57 MPa

Carga perpendicular=1 kN (1000 N)

M=Momento=1000*0,1=100N*m

Formula analítica

Esfuerzo axial máximo=M*r/I

I=π*(r^4)/4

Esfuerzo axial=4*M/ π*(r^3)=4*100/ π*(0,012^3)=62158275,32

Esfuerzo axial=62,16 MPa

Factor de seguridad=Limite elástico/Esfuerzo axial=351,57 MPa/62,16 MPa=5,65

Resultados simulación

Esfuerzo=57,28 factor=6,14

Esfuerzo cortante por momento torsor:

Las características son iguales que los casos anteriores.

T=Momento torsor=100 N*m

Formula analítica

Esfuerzo cortante=T*r/J

J=momento polar de inercia=2*I (solo para ejes)

Esfuerzo cortante=31 Mpa

Esfuerzo equivalente de von misses=[((sx-sy)2+(sx-sz)2+(sy-sz)2+6(txy2+txz2+tyz2))/2]1/2

Esfuerzo equivalente de von misses=53,8 Mpa.

Factor de seguridad=6,5

Esfuerzo=55,4 Mpa Factor de seguridad=6,35

Cargas combinadas:

Combinando las tres cargas al tiempo y al tener en cuenta que el esfuerzo producido por carga axial y por flexión, son esfuerzos axiales que se superponen y suman, se calcula el esfuerzo equivalente de von mises que es un esfuerzo equivalente de esfuerzo axial que produce el mismo daño que un estado combinado de cargas y esfuerzos. Los siguientes son los cálculos analíticos.

Esfuerzo de von misess=98 Mpa

Factor de seguridad=3,6

Esfuerzo=99,5 Mpa Factor de seguridad=3,72

Taller diseño de eje contra carga estática.

1. Diseñe un rodillo para amasar masa para pizza, pan, pastel, de forma manual.

Se requiere que no contamine el alimento, que sea cómodo para agarrar, que no se deforme mucho, sea ligero y no falle el rodillo. Puede basarse en información de rodillos existentes para justificar sus decisiones, pero debe corroborar los cálculos estructurales especificando las cargas a las que serán sometidos y factores de seguridad. Adjunte un diagrama de cuerpo libre de la pieza. Incluya radio de alivio para concentrador de esfuerzos.

2. Diseñe un rodillo para rolar una lámina de aluminio, en una maquina roladora piramidal.

Se requiere que no se deforme mucho, y no falle el rodillo. Puede basarse en información de rodillos existentes de máquinas roladoras. Especificar cargas que pueden soportar rodillo, esfuerzos y factores de seguridad. Adjunte un diagrama de cuerpo libre de la pieza. Incluya radio de alivio para concentrador de esfuerzos, y hombros para rodamientos.

3. Diseñe un eje de ventilador vertical de techo.

Se requiere que no falle para evitar que la personas debajo del ventilador sufran perjuicios físicos. . Especificar cargas, esfuerzos y factores de seguridad. Adjunte un diagrama de cuerpo libre de la pieza. Incluya radio de alivio para concentrador de esfuerzos, y hombros para rodamientos.

4. Diseñe un eje que soportara una plataforma giratoria para soportar un maniquí y/o personas para efectos de modelar ropa en una vitrina o para un diseñador de ropa.

Presente un informe y hacer presentación powert point, donde resuma: a) La manera como asumió las cargas, criterio como selecciono la geometría y el material. b) DCL. c) Diagramas de Momentos flectores en dos direcciones (si es necesario), diagramas de fuerza cortante en dos

direcciones (si es necesarios), diagrama de momento torsor (si es necesario), diagrama de fuerza axial interna. d) esfuerzos de von misses. e) factores de seguridad. F) Costos de fabricación. Toda decisión debe estar soportada.

Puede generar diagramas de cargas internas (fuerza cortante y momento flector) en Solidwork, al analizar el problema como una viga (hay tutoriales en solidwork para simulación)